專利名稱：鎂鋰鈥合金、鎂鋰鈥合金的熔鹽電解制備方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種合金，具體地說是一種鎂鋰鈥合金。本發(fā)明還涉及一種 鎂鋰鈥合金的制備方法。本發(fā)明也涉及一種鎂鋰鈥合金的熔鹽電解裝置。
(二)
背景技術(shù)：
Mg-Li合金具有較高的比強(qiáng)度和比剛度，它的減震性和電磁屏蔽性較好，是 宇航、兵器行業(yè)中最理想的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料之一。但由于這種合金強(qiáng)度較低、尺寸 穩(wěn)定性(抗蠕變性能)較差，因此阻礙了其進(jìn)一步地應(yīng)用。目前僅通過合金化，很 難滿足快速發(fā)展的科學(xué)技術(shù)對(duì)輕質(zhì)材料的要求。金屬基復(fù)合材料的出現(xiàn)，為 Mg-Li合金的強(qiáng)化和尺寸穩(wěn)定性的改善提供了新的有效途徑。20世紀(jì)80年代末， Mg-Li基復(fù)合材料成為Mg-Li基合金和金屬基復(fù)合材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。稀 土元素由于具有獨(dú)特的核外電子排布，表現(xiàn)出獨(dú)特的性質(zhì)，對(duì)非金屬元素有較強(qiáng) 的親和力，在冶金過程中可以凈化合金熔體、改善合金組織、提高合金室溫及高 溫力學(xué)性能、增強(qiáng)合金耐腐蝕性能等。傳統(tǒng)的鎂鋰合金制造方法如對(duì)摻法，存在 著諸如流程長(zhǎng)、能耗高金屬損耗大、環(huán)境污染嚴(yán)重等一系列問題，而文獻(xiàn)提出的 在液態(tài)鎂(或固態(tài)鎂)陰極上電沉積鋰以形成合金的方法，雖然比對(duì)摻法有了 一定 改進(jìn),但仍需先制備金屬鎂(或鎂合金)，并沒有從根本上解決流程長(zhǎng)的弊端。
對(duì)摻法需要首先生產(chǎn)出各單一金屬，然后按比例混合、熔融、攪拌、鑄錠， 工序多，能耗高。對(duì)摻法有其不足制備的鎂鋰合金不可避免地要產(chǎn)生金屬鋰和 稀土的嚴(yán)重偏析；因?yàn)殒V、鋰、.稀土在比重上相差懸殊，鋰和稀土不能很好地分 散到鎂中。在對(duì)摻混熔過程中，因?yàn)橄⊥两饘俚娜埸c(diǎn)比鎂、鋰的熔點(diǎn)高很多，因 此必然要造成鎂、鋰等活潑元素的嚴(yán)重?zé)龘p，導(dǎo)致成分難以控制，此法之前須經(jīng) 過單一鎂、鋰的制備以及其他金屬元素的制備過程。
已有技術(shù)中提出的固態(tài)陰極法制備合金專利,如申請(qǐng)?zhí)枮?00610010331.9 的專稱'熔鹽電解制備鎂鋰合金"中，公開了一種以固體鎂為陰極，通電后電解質(zhì) 中的鋰析出并向鎂陰極擴(kuò)散，形成鎂鋰合金，鎂鋰合金因熔點(diǎn)低熔化成為液態(tài)， 這種方法稱為自耗陰極法，該法電解溫度明顯降低，但仍需先制取金屬鎂。另外 也有關(guān)于采用熔鹽電解共電沉積的方法來生產(chǎn)鎂稀土合金的報(bào)道。例如專利申請(qǐng)?zhí)枮?00510017209.X，名稱為"鎂-鑭鐠鈰中間合金的共電沉積制備方法"中記載
的技術(shù)方案等。但由鎂-鑭鐠鈰中間合金制備鎂鋰-稀土合金仍然需要采用對(duì)摻法
添加金屬鋰。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有適合于工業(yè)應(yīng)用的鎂鋰鈥合金。本發(fā)明的目 的還在于提供一種能夠節(jié)省能源、降低生產(chǎn)成本、易于工業(yè)化的鎂鋰鈥合金的熔 鹽電解制備方法。本發(fā)明的目的還在于提供一種鎂鋰鈥合金的熔鹽電解裝置。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的
本發(fā)明的鎂鋰鈥合金是由重量比為鋰10-36%、鈥0.9-13.7%和余量的鎂組成。
本發(fā)明的鎂鋰欽合金是采用這樣的方法來制備的
LiCl和KC1分別在300°C、 600'C干燥處理24小時(shí)，KF是由KF'2H20經(jīng)脫 水制備，脫水條件為將KF2H20置于真空干燥箱中，脫水溫度為130~180°C， 在電解爐內(nèi)，以惰性金屬鉬(Mo)為陰極并置于電解槽底部，石墨為陽(yáng)極，極 距為4cm，在剛玉坩鍋中加入經(jīng)脫水的MgCl2、 LiCl、 KC1和KF，各成分的質(zhì) 量配比分別為5 15:45:45:2 5，再按MgCl2重量的1.4 10%加入Ho203，控制 溫度在650 80(TC的條件下，待坩鍋內(nèi)物料熔融后，通入直流電電解，同時(shí)通 入氬氣保護(hù)氣，并抽走氯氣，控制陰極電流密度12 16A/cm2，達(dá)到或接近Mg^ 的極限擴(kuò)散電流密度；陽(yáng)極電流密度為0.5 0.6A/cm2，槽電壓4.6 7.6V，經(jīng)過 l-2小時(shí)的電解，在熔鹽電解槽底部于陰極附近沉積出液態(tài)Mg-Li-Ho合金，冷 凝后得固態(tài)Mg-Li-Ho合金。
本發(fā)明的鎂鋰鈥合金的熔鹽電解裝置是由外套剛玉管的鉬陰極1、外套石英 管的石墨陽(yáng)極2、剛玉坩堝3、不銹鋼內(nèi)套4、爐加熱套5、熱電偶6、襯套蓋7、 襯套蓋上的氯氣通孔8、通氬氣保護(hù)氣通孔9組成，剛玉坩堝3外罩有不銹鋼內(nèi) 套4，不銹鋼內(nèi)套4置于爐加熱套5內(nèi)，襯套蓋7蓋在爐加熱套5上，外套剛玉 管的鉬陰極1、外套石英管的石墨陽(yáng)極2以及熱電偶6穿過襯套蓋7伸入到剛玉 坩堝3中，鉬陰極l伸入到電解槽底部。
本發(fā)明提^^一種工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低的鎂鋰鈥合金制備方法。本發(fā)明的特 點(diǎn)在于(l)即不用金屬鎂和鋰，也不用稀土金屬，而是全部采用金屬化合物為原料，采用熔鹽電解直接制備鎂鋰鈥合金，因此使生產(chǎn)流程大大縮短，工藝簡(jiǎn)單； (2)本發(fā)明的電解溫度低(650°C)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于Ho203的熔點(diǎn)(2367'C)和金屬Ho (1461°C)的熔點(diǎn)，因此，可以延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，節(jié)省能源，降低生產(chǎn)成本。
(四)


附圖1是實(shí)例6中制備的合金樣品的掃瞄電子顯微鏡(SEM)照片及面掃描 (EPMA)照片。其中圖l-a是合金顯微組織圖；圖l-b是稀土Ho的面分布圖； 圖l-c是金屬M(fèi)g的面分布圖。
附圖2是本發(fā)明中熔鹽電解制備鎂鋰鈥合金裝置。
(五)
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1:以MgCl2+LiCl+KCl+KF為電解質(zhì)體系，各成分的質(zhì)量百分比分 別為5.1%、 46.2%、 46.2%、 2.5%,再按MgCl2重量的10%加入氧化鈥，以惰性 金屬鉬(Mo)為陰極，石墨為陽(yáng)極，電解溫度665。C下，采取下沉陰極法，極距 為4cm，陰極電流密度為12A/cm2，陽(yáng)極電流密度0.5A/cm2，槽電壓5.3 5.8V， 經(jīng)l小時(shí)的電'解，在熔鹽電解槽于陰極附近沉積出Mg-Li-Ho合金，鎂、鋰、鈥 的含量分別為74.6%、 11.7%、 13.7%。本發(fā)明的鎂鋰鈥合金的熔鹽電解裝置是 由外套剛玉管的鉬陰極1、外套石英管的石墨陽(yáng)極2、剛玉坩堝3、不銹鋼內(nèi)套4、 爐加熱套5、熱電偶6、襯套蓋7、襯套蓋上的氯氣通孔8、通氬氣保護(hù)氣通孔9 組成，剛玉坩堝3外罩有不銹鋼內(nèi)套4，不銹鋼內(nèi)套4置于爐加熱套5內(nèi)，襯套 蓋7蓋在爐加熱套5上，外套剛玉管的鉬陰極l、外套石英管的石墨陽(yáng)極2以及 熱電偶6穿過襯套蓋7伸入到剛玉坩堝3中，鉬陰極1伸入到電解槽底部。
實(shí)施例2:以MgCl2+LiCl+KCl+KF為電解質(zhì)體系，各成分的質(zhì)量百分比分 別為10%、 42.6%、 42.6%、 4.8%，再按MgCl2重量的5%加入氧化鈥，以惰性金 屬鉬(Mo)為陰極，石墨為陽(yáng)極，電解溫度74(TC下，采取下沉陰極法，極距為 4cm，陰極電流密度為12A/cm2，陽(yáng)極電流密度0.5A/cm2，槽電壓6.4 6.6V，經(jīng) 2小時(shí)的電解，在熔鹽電解槽于陰極附近沉積出Mg-Li-Ho合金,鎂、鋰、鈥的含 量分別為67.7%、 28.1%、 4.2%。
實(shí)施例3:以MgCl2+LiCl+KCl+KF為電解質(zhì)體系，各成分的質(zhì)量百分比分 別為13.6%、 40.9%、 40.9%、 4.6%，再按MgCl2重量的3.3%加入氧化鈥，以惰 性金屬鉬(Mo)為陰極，石墨為陽(yáng)極，電解溫度70(TC下，采取下沉陰極法，極距為4cm，陰極電流密度為12A/cm2，陽(yáng)極電流密度0.5A/cm2，槽電壓6.9 7.1V, 經(jīng)2小時(shí)的電解，在熔鹽電解槽于陰極附近沉積出Mg-Li-Ho合金，鎂、鋰、鈥 的含量分別為68.4%、 30.7%、 0.9%。
實(shí)施例4:以MgCl2+LiCl+KCl+KF為電解質(zhì)體系，各成分的質(zhì)量百分比分 別為13.6%、 40.9%、 40.9%、 4.6%，再按MgCl2重量的1.4%加入氧化鈥，以惰 性金屬鉬(Mo)為陰極，石墨為陽(yáng)極，電解溫度68(TC下，采取下沉陰極法，極 距為4cm，陰極電流密度為12A/cm2，陽(yáng)極電流密度0.5A/cm2，槽電壓6.9 7.6V， 經(jīng)1.5小時(shí)的電解，在熔鹽電解槽于陰極附近沉積出Mg-Li-Ho合金，鎂、鋰、 鈥的含量分別為62.7%、 35.8%、 1.5%。
實(shí)施例5:以MgCl2+LiCl+KCl+KF為電解質(zhì)體系，各成分的質(zhì)量百分比分 別為13.6%、 40.9%、 40.9%、 4.6%，再按MgCl2重量的1.4%加入氧化鈥，以惰 性金屬鉬(Mo)為陰極，石墨為陽(yáng)極，電解溫度67(TC下，采取下沉陰極法，極 距為4cm，陰極電流密度為12A/cm2，陽(yáng)極電流密度0.5A/cm2，槽電壓4.6 6.2V， 經(jīng)l小時(shí)的電解，在熔鹽電解槽于陰極附近沉積出Mg-Li-Ho合金,鎂、鋰、鈥的 含量分別為77.4%、 20.6%、 2.0%。
實(shí)施例6:以MgCl2+LiCl+KCl+KF為電解質(zhì)體系，各成分的質(zhì)量百分比分 別為13.6%、 40.9%、 40.9%、 4.6%,再按MgCl2重量的1.4%加入氧化鈥，以惰 性金屬鉬(Mo)為陰極，石墨為陽(yáng)極，電解溫度800'C下，采取下沉陰極法，極 距為4cm，陰極電流密度為15.5 A/cm2，陽(yáng)極電流密度0.6A/cm2，槽電壓7.1~7.6V， 經(jīng)2小時(shí)的電解，在熔鹽電解槽于陰極附近沉積出Mg-Li-Ho合金,鎂、鋰、鈥的 含量分別為88.0%、 10.0%、 2.0%。
權(quán)利要求
1. 一種鎂鋰鈥合金，其特征是是由重量比為鋰10-36％、鈥0.9-13.7％和余量的鎂組成。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂鋰鈥合金，其特征是:其重量比組成為鎂74.6%、鋰11.7%和鈥13.7°/。。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂鋰鈥合金，其特征是:其重量比組成為鎂68.4%、鋰30.7%和鈥0.9%。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂鋰鈥合金，其特征是:其重量比組成為鎂62.7%、鋰35.8%和鈥1.5%。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎂鋰鈥合金，其特征是:其重量比組成為鎂88.0%、鋰10.0%和鈥2.0%。
6、 一種鎂鋰鈥合金的熔鹽電解制備方法，其特點(diǎn)在于在電解爐內(nèi)，以MgCl2+LiCl+KCl+KF為電解質(zhì)體系，各電解質(zhì)的質(zhì)量配比為MgCl2 5~15、 LiCl 45、 KC1 45、 KF 2~5，再按MgCl2重量的1.4~10%加入固體氧化鈥粉末后加 熱至650'C熔融，以金屬鉬為陰極并置于電解槽底部，石墨為陽(yáng)極，電解溫度 650 80(TC下，陰極電流密度為12~16A/cm2，陽(yáng)極電流密度0.5~0.6A/cm2，槽電 壓4.6 7.6V，經(jīng)1 2小時(shí)的電解，在熔鹽電解槽于陰極附近沉積出Mg-Li-Ho合 金。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的鎂鋰鈥合金的熔鹽電解制備方法，其特征是以MgCl2+LiCl+KCl+KF為電解質(zhì)體系，各成分的質(zhì)量百分比分別為5.1%、 46.2%、 46.2%、 2.5%，再按MgCl2重量的10%加入氧化鈥，電解溫度665'C下，極距為 4cm，陰極電流密度為12A/cm2，陽(yáng)極電流密度為0.5A/cm2，槽電壓5.3~5.8V， 經(jīng)過l小時(shí)的電解，在熔鹽電解槽于陰極附近沉積出Mg-Li-Ho合金，鎂、鋰、 鈥的含量分別為74.6%、 11.7%、 13.7%。
8、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的鎂鋰鈥合金的熔鹽電解制備方法，其特征是以 MgCl2+LiCl+KCl+KF為電解質(zhì)體系，各成分的質(zhì)量百分比分別為13.6%、 40.9%、 40.9%、 4.6%，再按MgCl2重量的3.3Q/。加入氧化鈥，電解溫度700"C下，極距為 4cm，陰極電流密度為12A/cm2，陽(yáng)極電流密度為0.5A/cm2，槽電壓6.9 7.1V，經(jīng)過2小時(shí)的電解，在熔鹽電解槽于陰極附近沉積出Mg-Li-Ho合金，鎂、鋰、 鈥的含量分別為68.4%、 30.7%、 0.9%。
9、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的鎂鋰鈥合金的熔鹽電解制備方法，其特征是以 MgCl2+LiCl+KCl+KF為電解質(zhì)體系，各成分的質(zhì)量百分比分別為13.6%、 40.9%、 40.9%、 4.6%，再按MgCl2重量的1.4%加入氧化鈥，電解溫度680。C下，極距為 4cm，陰極電流密度為12A/cm2，陽(yáng)極電流密度為0.5A/cm2，槽電壓6.9 7.6V， 經(jīng)過1.5小時(shí)的電解，在熔鹽電解槽于陰極附近沉積出Mg-Li-Ho合金，鎂、鋰、 鈥的含量分別為62.7%、 35.8%、 1.5%。
10、 一種鎂鋰鈥合金的熔鹽電解裝置，其特征是它由外套剛玉管的鉬陰極 (1)、外套石英管的石墨陽(yáng)極(2)、剛玉坩堝(3)、不銹鋼內(nèi)套(4)、爐加熱套 (5)、熱電偶(6)、襯套蓋(7)、襯套蓋上的氯氣通孔(8)、通氬氣保護(hù)氣通孔 (9)組成，剛玉坩堝(3)外罩有不銹鋼內(nèi)套(4)，不銹鋼內(nèi)套(4)置于爐加熱套(5)內(nèi)，襯套蓋(7)蓋在爐加熱套(5)上，外套剛玉管的鉬陰極(1)、 外套石英管的石墨陽(yáng)極(2)以及熱電偶(6)穿過襯套蓋(7)伸入到剛玉坩堝 (3)中，鉬陰極(1)伸入到電解槽底部。
全文摘要
本發(fā)明提供一種鎂鋰鈥合金及其熔鹽電解制備方法。在電解爐內(nèi)，以MgCl₂+LiCl+KCl+KF為電解質(zhì)體系，加入Ho₂O₃加熱至650℃熔融，以金屬鉬(Mo)為陰極，石墨為陽(yáng)極，電解溫度650～800℃下，采取下沉陰極法，在陰極電流密度為12～16A/cm²，陽(yáng)極電流密度0.5～0.6A/cm²，槽電壓4.6～7.6V，經(jīng)1～2小時(shí)的電解，在熔鹽電解槽于陰極附近沉積出Mg-Li-Ho合金。本發(fā)明既不用金屬鎂和鋰，也不用金屬鈥，而是全部采用金屬化合物為原料通過熔鹽電解直接制備鎂鋰鈥合金。因此該方法使生產(chǎn)流程大大縮短，工藝簡(jiǎn)單，電解溫度低，可以降低合金的生產(chǎn)成本。
文檔編號(hào)C22C23/00GK101302593SQ20081006466
公開日2008年11月12日 申請(qǐng)日期2008年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月4日
發(fā)明者張密林, 梅 李, 趙全友, 偉 韓 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)